L'un des enjeux clés de la protéomique, l'étude de toutes les protéines exprimées par une cellule ou un organisme, fait la distinction entre des molécules qui sont structurellement différentes mais qui ont la même masse. C'est difficile car un spectromètre de masse, le principal appareil utilisé dans ce type d'étude, fonctionne comme une balance, trier les molécules analysées selon leur masse.

Une façon de réduire la confusion lors de l'utilisation d'un spectromètre de masse est de commencer par soumettre l'échantillon à la chromatographie liquide, qui sépare les protéines hydrophiles (« aimant l'eau ») des protéines hydrophobes. Les protéines hydrophiles entrent en premier dans le spectromètre, et les plus hydrophobes sont laissés pour les derniers, diminuant la probabilité que deux molécules différentes avec des masses équivalentes soient interprétées comme une seule par l'appareil.

"C'est comme résoudre un puzzle avec des millions de pièces. Lorsque vous ouvrez le sac pour la première fois, les pièces sont toutes mélangées et se chevauchent. Vous devez commencer par les trier. Comme nous travaillons avec la protéomique, nous nous efforçons constamment de développer des techniques de tri plus raffinées, " a déclaré Daniel Martins-de-Souza, qui dirige le Laboratoire de neuroprotéomique de l'Université de Campinas (UNICAMP) au Brésil.

Dans une étude dont les résultats ont été publiés récemment dans Protéomique , Le groupe de Martins-de-Souza a optimisé une méthode pour augmenter la résolution de l'analyse protéomique par spectrométrie de masse. Grâce à la combinaison de deux autres techniques, la chromatographie liquide bidimensionnelle et la mobilité ionique, le groupe a réussi à identifier 10, 390 protéines exprimées dans les oligodendrocytes, les cellules du système nerveux central responsables de la production de myéline, une substance lipidique qui joue un rôle essentiel dans l'échange d'informations entre les neurones.

Avec le soutien de la FAPESP, le groupe UNICAMP étudie depuis plusieurs années le protéome des oligodendrocytes humains, dans le but de mieux comprendre les causes de la schizophrénie comme base pour proposer de nouvelles approches thérapeutiques. « Nous avons maintenant une base de données de protéines d'oligodendrocytes beaucoup plus complète, qui seront utiles pour nos propres études et celles d'autres chercheurs dans le domaine, " a déclaré Martins-de-Souza. " Il est disponible en ligne, et les données peuvent être téléchargées. En outre, la technique d'optimisation peut être utilisée pour étudier le protéome de n'importe quel échantillon biologique."

Dans une étude précédente utilisant la chromatographie liquide unidimensionnelle pour le pré-tri, le groupe n'en avait identifié que 2, 290 protéines dans les oligodendrocytes.

Selon Martins-de-Souza, les traitements actuellement disponibles pour la schizophrénie se concentrent sur les neurones, mais les défaillances de la communication neurale observées chez les patients peuvent être dues à un dysfonctionnement des oligodendrocytes. « L'un de nos axes de recherche consiste à évaluer comment les médicaments utilisés pour contrôler la schizophrénie modifient le protéome des oligodendrocytes, " dit-il. " Avec cette nouvelle méthodologie, nous pouvons obtenir cinq fois plus d'informations sur le rôle de ces médicaments."

L'étude a été menée pendant la recherche postdoctorale de Juliana Silva Cassoli et la recherche de maîtrise de Caroline Brandão Teles, à la fois avec des bourses de la FAPESP et un encadrement par Martins-de-Souza. La première étape de l'analyse protéomique par spectrométrie de masse consiste à décomposer les protéines extraites de l'échantillon biologique d'intérêt, qui dans ce cas est constitué d'oligodendrocytes, en particules plus petites appelées peptides.

"Une petite protéine peut donner naissance à au moins 10 peptides différents. Le spectromètre n'est pas bon pour analyser la molécule entière en raison de sa grande taille, " a expliqué Martins-de-Souza.

Prochain, le groupe a soumis l'échantillon à une séparation par chromatographie. Au lieu d'utiliser une seule matrice, comme dans la technique conventionnelle, ils en ont utilisé deux. Dans la première séparation, seul un cinquième des peptides injectés est entré dans le spectromètre sous forme liquide. Cela a été suivi d'un autre cinquième dans la deuxième séparation, etc.

"C'est comme si on étalait les pièces du puzzle avec les deux mains au lieu d'une seule, ", a déclaré Martins-de-Souza.

A l'intérieur du spectromètre, l'échantillon se transforme en gaz et effectue un va-et-vient dans le vide. Plus le peptide est petit, plus vite il atteint sa destination, et l'appareil mesure alors sa masse.

Pendant que les molécules volent à l'intérieur du spectromètre, la technique de mobilité ionique injecte une petite quantité de gaz dans l'appareil à travers un tube.

« La résistance offerte au gaz par la molécule dépend de sa forme tridimensionnelle, donc si deux peptides différents de même masse volent ensemble et qu'on injecte le gaz dans le sens opposé, ils auront tendance à être séparés par la force de résistance au gaz. C'est comme ramasser deux feuilles de papier avec la même masse, en froisser un en boule, et les laisser tomber tous les deux. En raison de sa forme, la feuille froissée atteindra le sol en premier, " a expliqué Martins-de-Souza.

A la fin de l'expérience, les plus de 223, 000 peptides identifiés par le spectromètre ont été reconstruits à l'aide d'outils bioinformatiques, résultant en le 10, 390 protéines décrites dans l'article. Le groupe a également utilisé la bioinformatique pour cartographier les compartiments cellulaires dans lesquels se trouvent les protéines et les processus biologiques dans lesquels elles sont impliquées.

"Idéalement, it should be possible to identify at least two peptides per protein. De cette façon, we can be sure a molecule is really present in the sample, since two proteins with two exactly identical peptides are unlikely to occur. Dans cette étude, about 20% of the proteins were identified by more than 20 peptides, " Martins-de-Souza said.

The methodology enabled the researchers to identify even proteins that were relatively scarce in the sample, c'est à dire., in quantities some 10 million times smaller than those of the most highly expressed molecules.

"One of the problems with mass spectrometry is that a very large piece of the jigsaw puzzle may hide several smaller ones. However, with an effective tool to spread out the pieces, you can see practically all of them, " Martins-de-Souza said.